Python リファレンス
Python リファレンス
Pythonの基本的な使い方とプログラミングのリファレンスです。初学者でも理解しやすいように段階的に説明します。
- Python リファレンス
基本概念
Python とは
Pythonは、シンプルで読みやすい構文を持つ高水準プログラミング言語です。1991年にGuido van Rossumによって開発され、現在は世界中で広く使用されています。
特徴:
- 読みやすく書きやすい構文
- 豊富な標準ライブラリ
- クロスプラットフォーム対応
- オープンソース
- 幅広い用途（Web開発、データ分析、AI/機械学習、自動化など）
Python の哲学
Pythonには「Pythonの禅（The Zen of Python）」という設計哲学があります：
import this
主要な原則：
- Beautiful is better than ugly（美しいものの方が醜いものより良い）
- Simple is better than complex（単純なものの方が複雑なものより良い）
- Readability counts（可読性は重要）
インストールと環境設定
Python のインストール
Windows
- Python公式サイトからインストーラーをダウンロード
- インストーラーを実行し、「Add Python to PATH」にチェック
- 「Install Now」をクリック
macOS
# Homebrewを使用する場合
brew install python3
# 公式インストーラーを使用する場合
# https://www.python.org/downloads/からダウンロード
Linux（Ubuntu/Debian）
sudo apt update
sudo apt install python3 python3-pip
バージョン確認
python3 --version
pip3 --version
インタラクティブシェル
python3
>>> print("Hello, Python!")
Hello, Python!
>>> exit()
変数とデータ型
変数の宣言と代入
# 変数の宣言（型の指定は不要）
name = "太郎"
age = 25
height = 175.5
is_student = True
基本データ型
数値型
# 整数（int）
integer_num = 42
negative_num = -10
# 浮動小数点数（float）
float_num = 3.14
scientific = 1.5e-4
# 複素数（complex）
complex_num = 3 + 4j
文字列型（str）
# 文字列の作成
single_quote = 'Hello'
double_quote = "World"
multi_line = """複数行の
文字列です"""
# 文字列の連結
full_message = single_quote + " " + double_quote
formatted = f"私の名前は{name}、年齢は{age}歳です"
ブール型（bool）
is_true = True
is_false = False
# ブール値の評価
print(bool(1)) # True
print(bool(0)) # False
print(bool("")) # False
print(bool("text")) # True
None型
empty_value = None
print(empty_value) # None
型変換
# 型変換の例
str_num = "123"
int_num = int(str_num) # 123
float_num = float(str_num) # 123.0
str_back = str(int_num) # "123"
# 型の確認
print(type(int_num)) # <class 'int'>
print(isinstance(int_num, int)) # True
演算子
算術演算子
a = 10
b = 3
print(a + b) # 13 (加算)
print(a - b) # 7 (減算)
print(a * b) # 30 (乗算)
print(a / b) # 3.333... (除算)
print(a // b) # 3 (整数除算)
print(a % b) # 1 (剰余)
print(a ** b) # 1000 (べき乗)
比較演算子
x = 5
y = 10
print(x == y) # False (等しい)
print(x != y) # True (等しくない)
print(x < y) # True (より小さい)
print(x > y) # False (より大きい)
print(x <= y) # True (以下)
print(x >= y) # False (以上)
論理演算子
a = True
b = False
print(a and b) # False (かつ)
print(a or b) # True (または)
print(not a) # False (否定)
代入演算子
x = 10
x += 5 # x = x + 5 -> 15
x -= 3 # x = x - 3 -> 12
x *= 2 # x = x * 2 -> 24
x /= 4 # x = x / 4 -> 6.0
条件分岐とループ
if文
age = 20
if age >= 20:
print("成人です")
elif age >= 13:
print("未成年者です")
else:
print("子供です")
# 三項演算子
status = "成人" if age >= 20 else "未成年"
for文
# リストをループ
fruits = ["りんご", "バナナ", "オレンジ"]
for fruit in fruits:
print(f"好きな果物: {fruit}")
# range()を使用
for i in range(5): # 0から4まで
print(i)
for i in range(1, 6): # 1から5まで
print(i)
for i in range(0, 10, 2): # 0から8まで、2つ飛び
print(i)
# enumerate()でインデックスと値を取得
for index, fruit in enumerate(fruits):
print(f"{index}: {fruit}")
while文
count = 0
while count < 5:
print(f"カウント: {count}")
count += 1
# 無限ループ（breakで脱出）
while True:
user_input = input("'q'で終了: ")
if user_input == 'q':
break
print(f"入力された値: {user_input}")
ループ制御
# break: ループを終了
for i in range(10):
if i == 5:
break
print(i) # 0, 1, 2, 3, 4
# continue: 次のイテレーションへ
for i in range(10):
if i % 2 == 0:
continue
print(i) # 1, 3, 5, 7, 9
関数
関数の定義
def greet(name):
"""挨拶する関数"""
return f"こんにちは、{name}さん！"
# 関数の呼び出し
message = greet("太郎")
print(message)
パラメータと引数
# デフォルト引数
def introduce(name, age=20):
return f"私は{name}、{age}歳です"
print(introduce("太郎")) # デフォルト値を使用
print(introduce("花子", 25)) # 値を指定
# キーワード引数
def create_profile(name, age, city="東京"):
return f"{name}（{age}歳）は{city}に住んでいます"
profile = create_profile(age=30, name="次郎", city="大阪")
可変長引数
# *args: 位置引数の可変長
def sum_all(*numbers):
return sum(numbers)
print(sum_all(1, 2, 3, 4, 5)) # 15
# **kwargs: キーワード引数の可変長
def print_info(**kwargs):
for key, value in kwargs.items():
print(f"{key}: {value}")
print_info(name="太郎", age=25, city="東京")
ラムダ関数
# ラムダ関数の定義
square = lambda x: x ** 2
print(square(5)) # 25
# リストと組み合わせて使用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared = list(map(lambda x: x ** 2, numbers))
print(squared) # [1, 4, 9, 16, 25]
# フィルタリング
even_numbers = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(even_numbers) # [2, 4]
リストとタプル
リスト（list）
# リストの作成
fruits = ["りんご", "バナナ", "オレンジ"]
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
mixed = ["文字", 123, True, None]
# 要素へのアクセス
print(fruits[0]) # "りんご"
print(fruits[-1]) # "オレンジ"（最後の要素）
# スライシング
print(numbers[1:4]) # [2, 3, 4]
print(numbers[:3]) # [1, 2, 3]
print(numbers[2:]) # [3, 4, 5]
print(numbers[::2]) # [1, 3, 5]（2つ飛び）
リストの操作
fruits = ["りんご", "バナナ"]
# 要素の追加
fruits.append("オレンジ") # 末尾に追加
fruits.insert(1, "いちご") # 指定位置に挿入
fruits.extend(["ぶどう", "メロン"]) # 複数要素を追加
# 要素の削除
fruits.remove("バナナ") # 値で削除
deleted = fruits.pop() # 末尾を削除して返す
fruits.clear() # 全削除
# その他の操作
numbers = [3, 1, 4, 1, 5]
numbers.sort() # ソート
print(numbers.count(1)) # 1の個数をカウント
print(numbers.index(4)) # 4のインデックスを取得
リスト内包表記
# 基本的な使い方
squares = [x ** 2 for x in range(10)]
print(squares) # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
# 条件付き
even_squares = [x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0]
print(even_squares) # [0, 4, 16, 36, 64]
# 条件式を含む
abs_values = [x if x >= 0 else -x for x in [-3, -1, 0, 1, 3]]
print(abs_values) # [3, 1, 0, 1, 3]
タプル（tuple）
# タプルの作成（変更不可）
coordinates = (10, 20)
colors = ("赤", "緑", "青")
single_tuple = (42,) # 要素が1つの場合はカンマが必要
# アンパック
x, y = coordinates
print(f"x={x}, y={y}")
# 複数の値を返す関数
def get_name_age():
return "太郎", 25
name, age = get_name_age()
辞書と集合
辞書（dict）
# 辞書の作成
person = {
"name": "太郎",
"age": 25,
"city": "東京"
}
# 別の作成方法
person2 = dict(name="花子", age=23, city="大阪")
# 要素へのアクセス
print(person["name"]) # "太郎"
print(person.get("age")) # 25
print(person.get("job", "未設定")) # デフォルト値
辞書の操作
person = {"name": "太郎", "age": 25}
# 要素の追加・更新
person["job"] = "エンジニア"
person.update({"city": "東京", "age": 26})
# 要素の削除
del person["city"]
job = person.pop("job", "未設定")
# キー、値、アイテムの取得
print(person.keys()) # dict_keys(['name', 'age'])
print(person.values()) # dict_values(['太郎', 26])
print(person.items()) # dict_items([('name', '太郎'), ('age', 26)])
# ループ
for key, value in person.items():
print(f"{key}: {value}")
辞書内包表記
# 基本的な使い方
squares = {x: x ** 2 for x in range(5)}
print(squares) # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}
# 条件付き
even_squares = {x: x ** 2 for x in range(10) if x % 2 == 0}
集合（set）
# 集合の作成
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
colors = {"赤", "緑", "青"}
empty_set = set() # 空の集合
# リストから集合を作成（重複を除去）
unique_numbers = set([1, 2, 2, 3, 3, 4])
print(unique_numbers) # {1, 2, 3, 4}
集合の操作
set1 = {1, 2, 3, 4}
set2 = {3, 4, 5, 6}
# 和集合
print(set1 | set2) # {1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(set1.union(set2))
# 積集合
print(set1 & set2) # {3, 4}
print(set1.intersection(set2))
# 差集合
print(set1 - set2) # {1, 2}
print(set1.difference(set2))
# 対称差集合
print(set1 ^ set2) # {1, 2, 5, 6}
# 要素の追加・削除
numbers = {1, 2, 3}
numbers.add(4)
numbers.remove(1)
numbers.discard(10) # 存在しなくてもエラーなし
文字列操作
文字列の基本操作
text = "Python プログラミング"
# 長さ
print(len(text)) # 17
# 大文字・小文字
english = "Hello World"
print(english.upper()) # "HELLO WORLD"
print(english.lower()) # "hello world"
print(english.capitalize()) # "Hello world"
print(english.title()) # "Hello World"
# 検索
print("Python" in text) # True
print(text.find("プログラ")) # 7
print(text.startswith("Python")) # True
print(text.endswith("ング")) # True
文字列の分割と結合
# 分割
sentence = "Python,Java,JavaScript"
languages = sentence.split(",")
print(languages) # ['Python', 'Java', 'JavaScript']
# 結合
joined = " - ".join(languages)
print(joined) # "Python - Java - JavaScript"
# 空白の除去
text = " Hello World "
print(text.strip()) # "Hello World"
print(text.lstrip()) # "Hello World "
print(text.rstrip()) # " Hello World"
文字列の置換とフォーマット
# 置換
text = "私はPythonが好きです"
replaced = text.replace("Python", "プログラミング")
print(replaced) # "私はプログラミングが好きです"
# フォーマット（古い方法）
name = "太郎"
age = 25
old_format = "私は%sで、%d歳です" % (name, age)
# .format()メソッド
new_format = "私は{}で、{}歳です".format(name, age)
named_format = "私は{name}で、{age}歳です".format(name=name, age=age)
# f-string（Python 3.6以降）
f_string = f"私は{name}で、{age}歳です"
calculation = f"来年は{age + 1}歳になります"
正規表現
import re
text = "電話番号: 090-1234-5678"
# パターンマッチング
pattern = r"\d{3}-\d{4}-\d{4}"
if re.search(pattern, text):
print("電話番号が見つかりました")
# 抽出
phone_numbers = re.findall(pattern, text)
print(phone_numbers) # ['090-1234-5678']
# 置換
masked = re.sub(r"\d{3}-\d{4}-\d{4}", "XXX-XXXX-XXXX", text)
print(masked) # "電話番号: XXX-XXXX-XXXX"
ファイル操作
ファイルの読み書き
# ファイルの書き込み
with open("sample.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
file.write("Hello, Python!\n")
file.write("ファイル操作のテストです。\n")
# ファイルの読み込み
with open("sample.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
print(content)
# 1行ずつ読み込み
with open("sample.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
for line in file:
print(line.strip())
# 全行をリストで取得
with open("sample.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
lines = file.readlines()
print(lines)
ファイルモード
# 書き込みモード
# "w" : 書き込み（上書き）
# "a" : 追記
# "x" : 新規作成（既存ファイルがあるとエラー）
# 読み込みモード
# "r" : 読み込み
# "r+" : 読み書き
# バイナリモード
# "rb" : バイナリ読み込み
# "wb" : バイナリ書き込み
# 追記の例
with open("log.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
file.write("新しいログエントリ\n")
パス操作
import os
from pathlib import Path
# 現在のディレクトリ
current_dir = os.getcwd()
print(current_dir)
# ファイルの存在確認
if os.path.exists("sample.txt"):
print("ファイルが存在します")
# ディレクトリの作成
os.makedirs("new_folder", exist_ok=True)
# pathlibを使用（推奨）
path = Path("data/sample.txt")
print(path.parent) # data
print(path.name) # sample.txt
print(path.suffix) # .txt
print(path.stem) # sample
# ディレクトリ内のファイル一覧
for file_path in Path(".").glob("*.py"):
print(file_path)
CSV ファイル操作
import csv
# CSV書き込み
data = [
["名前", "年齢", "職業"],
["太郎", 25, "エンジニア"],
["花子", 30, "デザイナー"],
["次郎", 22, "学生"]
]
with open("people.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as file:
writer = csv.writer(file)
writer.writerows(data)
# CSV読み込み
with open("people.csv", "r", encoding="utf-8") as file:
reader = csv.reader(file)
for row in reader:
print(row)
# 辞書として読み込み
with open("people.csv", "r", encoding="utf-8") as file:
reader = csv.DictReader(file)
for row in reader:
print(f"{row['名前']}は{row['年齢']}歳の{row['職業']}です")
例外処理
基本的な例外処理
try:
# 例外が発生する可能性のあるコード
number = int(input("数値を入力してください: "))
result = 10 / number
print(f"結果: {result}")
except ValueError:
print("無効な数値が入力されました")
except ZeroDivisionError:
print("0で割ることはできません")
except Exception as e:
print(f"予期しないエラーが発生しました: {e}")
else:
print("正常に処理が完了しました")
finally:
print("この部分は必ず実行されます")
独自例外の定義
class CustomError(Exception):
"""独自の例外クラス"""
def __init__(self, message):
self.message = message
super().__init__(self.message)
def validate_age(age):
if age < 0:
raise CustomError("年齢は0以上である必要があります")
if age > 150:
raise CustomError("年齢は150以下である必要があります")
return True
try:
validate_age(-5)
except CustomError as e:
print(f"エラー: {e.message}")
よくある例外の種類
# ファイル関連
try:
with open("nonexistent.txt", "r") as file:
content = file.read()
except FileNotFoundError:
print("ファイルが見つかりません")
# リスト関連
try:
my_list = [1, 2, 3]
print(my_list[10])
except IndexError:
print("インデックスが範囲外です")
# 辞書関連
try:
my_dict = {"a": 1}
print(my_dict["b"])
except KeyError:
print("キーが存在しません")
# 型関連
try:
result = "文字列" + 5
except TypeError:
print("型が適切ではありません")
クラスとオブジェクト指向
クラスの定義
class Person:
"""人を表すクラス"""
# クラス変数
species = "Homo sapiens"
def __init__(self, name, age):
"""コンストラクタ"""
self.name = name # インスタンス変数
self.age = age
self._private_info = "秘密情報" # プライベート（慣例）
def introduce(self):
"""自己紹介メソッド"""
return f"私の名前は{self.name}で、{self.age}歳です"
def have_birthday(self):
"""誕生日メソッド"""
self.age += 1
print(f"誕生日おめでとう！{self.age}歳になりました")
@classmethod
def from_string(cls, person_str):
"""クラスメソッド"""
name, age = person_str.split("-")
return cls(name, int(age))
@staticmethod
def is_adult(age):
"""スタティックメソッド"""
return age >= 20
# インスタンスの作成
person1 = Person("太郎", 25)
person2 = Person("花子", 22)
print(person1.introduce())
person1.have_birthday()
# クラスメソッドの使用
person3 = Person.from_string("次郎-19")
print(person3.introduce())
# スタティックメソッドの使用
print(Person.is_adult(18)) # False
継承
class Student(Person):
"""学生クラス（Personを継承）"""
def __init__(self, name, age, school):
super().__init__(name, age) # 親クラスのコンストラクタを呼び出し
self.school = school
self.grades = []
def introduce(self):
"""オーバーライド"""
parent_intro = super().introduce()
return f"{parent_intro}。{self.school}の学生です"
def add_grade(self, grade):
"""成績を追加"""
self.grades.append(grade)
def get_average(self):
"""平均点を計算"""
if not self.grades:
return 0
return sum(self.grades) / len(self.grades)
# 学生インスタンスの作成
student = Student("佐藤", 20, "東京大学")
print(student.introduce())
student.add_grade(85)
student.add_grade(92)
print(f"平均点: {student.get_average()}")
プロパティとデコレータ
class Temperature:
"""温度クラス"""
def __init__(self, celsius=0):
self._celsius = celsius
@property
def celsius(self):
"""摂氏温度を取得"""
return self._celsius
@celsius.setter
def celsius(self, value):
"""摂氏温度を設定"""
if value < -273.15:
raise ValueError("絶対零度より低い温度は設定できません")
self._celsius = value
@property
def fahrenheit(self):
"""華氏温度を取得"""
return self._celsius * 9/5 + 32
@fahrenheit.setter
def fahrenheit(self, value):
"""華氏温度を設定"""
self.celsius = (value - 32) * 5/9
# 使用例
temp = Temperature(25)
print(f"摂氏: {temp.celsius}°C")
print(f"華氏: {temp.fahrenheit}°F")
temp.fahrenheit = 100
print(f"摂氏: {temp.celsius}°C")
特殊メソッド（マジックメソッド）
class Vector:
"""2Dベクトルクラス"""
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def __str__(self):
"""文字列表現"""
return f"Vector({self.x}, {self.y})"
def __repr__(self):
"""開発者向け文字列表現"""
return f"Vector(x={self.x}, y={self.y})"
def __add__(self, other):
"""加算演算子"""
return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
def __eq__(self, other):
"""等価比較"""
return self.x == other.x and self.y == other.y
def __len__(self):
"""長さ（ベクトルのノルム）"""
return (self.x ** 2 + self.y ** 2) ** 0.5
# 使用例
v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(3, 4)
print(v1) # Vector(1, 2)
print(v1 + v2) # Vector(4, 6)
print(v1 == v2) # False
print(len(v1)) # 2.23606797749979
モジュールとパッケージ
モジュールの作成と使用
utils.py
"""ユーティリティ関数モジュール"""
def calculate_area(length, width):
"""面積を計算する"""
return length * width
def greet(name):
"""挨拶する"""
return f"こんにちは、{name}さん！"
PI = 3.14159
class Calculator:
"""計算機クラス"""
@staticmethod
def add(a, b):
return a + b
@staticmethod
def multiply(a, b):
return a * b
main.py
# モジュール全体をインポート
import utils
area = utils.calculate_area(10, 5)
message = utils.greet("太郎")
print(f"面積: {area}")
print(message)
# 特定の関数をインポート
from utils import calculate_area, PI
area = calculate_area(3, 4)
circle_area = PI * 5 ** 2
# エイリアスを使用
import utils as u
calc = u.Calculator()
result = calc.add(10, 20)
# 全てをインポート（推奨されない）
from utils import *
パッケージの作成
ディレクトリ構造:
mypackage/
__init__.py
math_utils.py
string_utils.py
subpackage/
__init__.py
advanced.py
mypackage/__init__.py
"""パッケージの初期化ファイル"""
from .math_utils import add, multiply
from .string_utils import capitalize_words
__version__ = "1.0.0"
__all__ = ["add", "multiply", "capitalize_words"]
mypackage/math_utils.py
"""数学関連のユーティリティ"""
def add(a, b):
return a + b
def multiply(a, b):
return a * b
def power(base, exponent):
return base ** exponent
使用例:
# パッケージからインポート
from mypackage import add, multiply
from mypackage.string_utils import capitalize_words
from mypackage.subpackage.advanced import complex_function
result = add(5, 3)
text = capitalize_words("hello world")
モジュール検索パスとimportlib
import sys
import importlib
# モジュール検索パスを確認
print(sys.path)
# パスを追加
sys.path.append("/path/to/custom/modules")
# 動的インポート
module_name = "math"
math_module = importlib.import_module(module_name)
print(math_module.pi)
# モジュールの再読み込み
importlib.reload(utils)
標準ライブラリ
datetime - 日付と時刻
from datetime import datetime, date, time, timedelta
# 現在の日時
now = datetime.now()
today = date.today()
current_time = datetime.now().time()
print(f"現在: {now}")
print(f"今日: {today}")
print(f"時刻: {current_time}")
# 日時の作成
birthday = datetime(1990, 5, 15, 14, 30)
specific_date = date(2023, 12, 25)
# 文字列との変換
date_str = now.strftime("%Y年%m月%d日 %H時%M分")
parsed_date = datetime.strptime("2023-12-25", "%Y-%m-%d")
# 時間の計算
tomorrow = today + timedelta(days=1)
next_week = now + timedelta(weeks=1)
two_hours_ago = now - timedelta(hours=2)
print(f"明日: {tomorrow}")
print(f"来週: {next_week}")
os - オペレーティングシステム
import os
# 環境変数
home_dir = os.environ.get("HOME", "/default/path")
os.environ["MY_VAR"] = "設定値"
# ディレクトリ操作
current_dir = os.getcwd()
os.chdir("/tmp")
os.makedirs("new/nested/directory", exist_ok=True)
# ファイル操作
files = os.listdir(".")
for file in files:
if os.path.isfile(file):
size = os.path.getsize(file)
print(f"{file}: {size} bytes")
# パス操作
path = os.path.join("folder", "subfolder", "file.txt")
dirname = os.path.dirname(path)
basename = os.path.basename(path)
json - JSON処理
import json
# 辞書をJSONに変換
data = {
"name": "太郎",
"age": 25,
"hobbies": ["読書", "映画鑑賞"],
"married": False
}
# JSON文字列に変換
json_str = json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=2)
print(json_str)
# JSONファイルに保存
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)
# JSONファイルから読み込み
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
loaded_data = json.load(f)
# JSON文字列から辞書に変換
parsed_data = json.loads(json_str)
random - 乱数生成
import random
# 基本的な乱数
print(random.random()) # 0.0以上1.0未満
print(random.randint(1, 10)) # 1以上10以下の整数
print(random.uniform(1.0, 10.0)) # 1.0以上10.0未満の浮動小数点
# リストから選択
colors = ["赤", "青", "緑", "黄色"]
print(random.choice(colors)) # ランダムに1つ選択
print(random.sample(colors, 2)) # ランダムに2つ選択（重複なし）
# シャッフル
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)
print(numbers)
# シード値の設定（再現可能な乱数）
random.seed(42)
collections - コレクション
from collections import Counter, defaultdict, deque, namedtuple
# Counter - 要素の出現回数をカウント
text = "hello world"
counter = Counter(text)
print(counter) # Counter({'l': 3, 'o': 2, 'h': 1, ...})
print(counter.most_common(3)) # 上位3つ
# defaultdict - デフォルト値を持つ辞書
dd = defaultdict(list)
dd["fruits"].append("りんご")
dd["fruits"].append("バナナ")
print(dd) # defaultdict(<class 'list'>, {'fruits': ['りんご', 'バナナ']})
# deque - 両端キュー
dq = deque([1, 2, 3])
dq.appendleft(0) # 左端に追加
dq.append(4) # 右端に追加
dq.popleft() # 左端から削除
dq.pop() # 右端から削除
# namedtuple - 名前付きタプル
Person = namedtuple("Person", ["name", "age", "city"])
person = Person("太郎", 25, "東京")
print(f"{person.name}は{person.age}歳です")
itertools - イテレータ
import itertools
# 無限イテレータ
counter = itertools.count(1, 2) # 1, 3, 5, 7, ...
cycler = itertools.cycle(["A", "B", "C"]) # A, B, C, A, B, C, ...
# 組み合わせ
items = ["A", "B", "C"]
combinations = list(itertools.combinations(items, 2))
print(combinations) # [('A', 'B'), ('A', 'C'), ('B', 'C')]
permutations = list(itertools.permutations(items, 2))
print(permutations) # [('A', 'B'), ('A', 'C'), ('B', 'A'), ...]
# グループ化
data = [1, 1, 2, 2, 2, 3, 1]
grouped = itertools.groupby(data)
for key, group in grouped:
print(f"{key}: {list(group)}")
# チェーン
list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]
chained = list(itertools.chain(list1, list2))
print(chained) # [1, 2, 3, 4, 5, 6]
仮想環境とパッケージ管理
venv - 仮想環境
# 仮想環境の作成
python3 -m venv myenv
# 仮想環境の有効化
## Windows
myenv\Scripts\activate
## macOS/Linux
source myenv/bin/activate
# 仮想環境の無効化
deactivate
# 仮想環境の削除
rm -rf myenv
pip - パッケージ管理
# パッケージのインストール
pip install requests
pip install "django>=3.0,<4.0"
pip install numpy pandas matplotlib
# 開発用パッケージのインストール
pip install -e . # カレントディレクトリをパッケージとしてインストール
# インストール済みパッケージの確認
pip list
pip show requests
# 要件ファイルの作成と使用
pip freeze > requirements.txt
pip install -r requirements.txt
# パッケージのアップグレード
pip install --upgrade requests
pip install --upgrade pip
# パッケージのアンインストール
pip uninstall requests
requirements.txt の例
# Web開発
django==4.2.0
requests>=2.25.0
flask>=2.0.0
# データ分析
numpy>=1.20.0
pandas>=1.3.0
matplotlib>=3.5.0
# 開発ツール
pytest>=6.0.0
black>=22.0.0
flake8>=4.0.0
# 本番環境のみ
gunicorn==20.1.0; platform_system != "Windows"
プロジェクト構造の例
myproject/
venv/ # 仮想環境
src/
mypackage/
__init__.py
main.py
utils.py
tests/
test_main.py
test_utils.py
docs/
README.md
requirements.txt
setup.py
.gitignore
実用的な例
1. ファイル整理スクリプト
import os
import shutil
from pathlib import Path
def organize_downloads(download_folder):
"""ダウンロードフォルダをファイル種類別に整理"""
# ファイル種類別のフォルダ
folders = {
"images": [".jpg", ".jpeg", ".png", ".gif", ".bmp"],
"documents": [".pdf", ".doc", ".docx", ".txt", ".rtf"],
"videos": [".mp4", ".avi", ".mov", ".wmv", ".flv"],
"music": [".mp3", ".wav", ".flac", ".aac"],
"archives": [".zip", ".rar", ".7z", ".tar", ".gz"]
}
download_path = Path(download_folder)
# フォルダを作成
for folder_name in folders.keys():
(download_path / folder_name).mkdir(exist_ok=True)
# ファイルを移動
for file_path in download_path.iterdir():
if file_path.is_file():
file_extension = file_path.suffix.lower()
for folder_name, extensions in folders.items():
if file_extension in extensions:
destination = download_path / folder_name / file_path.name
shutil.move(str(file_path), str(destination))
print(f"移動: {file_path.name} -> {folder_name}/")
break
else:
# その他のファイル
other_folder = download_path / "others"
other_folder.mkdir(exist_ok=True)
destination = other_folder / file_path.name
shutil.move(str(file_path), str(destination))
print(f"移動: {file_path.name} -> others/")
# 使用例
# organize_downloads("/path/to/Downloads")
2. Webスクレイピング
import requests
from bs4 import BeautifulSoup
import csv
import time
def scrape_news_titles(url, max_articles=10):
"""ニュースサイトから記事タイトルを取得"""
headers = {
"User-Agent": "Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36"
}
try:
response = requests.get(url, headers=headers)
response.raise_for_status()
soup = BeautifulSoup(response.content, "html.parser")
# タイトルを抽出（サイトに応じて調整が必要）
titles = []
article_elements = soup.find_all("h2", class_="title")[:max_articles]
for element in article_elements:
title = element.get_text(strip=True)
link = element.find("a")["href"] if element.find("a") else ""
titles.append({"title": title, "link": link})
return titles
except requests.RequestException as e:
print(f"エラーが発生しました: {e}")
return []
def save_to_csv(articles, filename="news_articles.csv"):
"""記事データをCSVファイルに保存"""
with open(filename, "w", newline="", encoding="utf-8") as csvfile:
fieldnames = ["title", "link"]
writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=fieldnames)
writer.writeheader()
for article in articles:
writer.writerow(article)
print(f"{len(articles)}件の記事を{filename}に保存しました")
# 使用例
# articles = scrape_news_titles("https://example-news-site.com")
# save_to_csv(articles)
3. データ分析スクリプト
import json
import csv
from collections import defaultdict, Counter
from datetime import datetime
import matplotlib.pyplot as plt
def analyze_sales_data(csv_file):
"""売上データを分析"""
sales_data = []
monthly_sales = defaultdict(float)
product_sales = Counter()
# CSVファイルから読み込み
with open(csv_file, "r", encoding="utf-8") as file:
reader = csv.DictReader(file)
for row in reader:
# データの変換
row["date"] = datetime.strptime(row["date"], "%Y-%m-%d")
row["amount"] = float(row["amount"])
row["quantity"] = int(row["quantity"])
sales_data.append(row)
# 月別売上
month_key = row["date"].strftime("%Y-%m")
monthly_sales[month_key] += row["amount"]
# 商品別売上
product_sales[row["product"]] += row["quantity"]
# 統計情報
total_sales = sum(monthly_sales.values())
avg_monthly_sales = total_sales / len(monthly_sales)
best_selling_product = product_sales.most_common(1)[0]
print(f"総売上: ¥{total_sales:,.0f}")
print(f"月平均売上: ¥{avg_monthly_sales:,.0f}")
print(f"最売れ筋商品: {best_selling_product[0]} ({best_selling_product[1]}個)")
# グラフの作成
create_sales_chart(monthly_sales, product_sales)
return {
"total_sales": total_sales,
"monthly_sales": dict(monthly_sales),
"product_sales": dict(product_sales)
}
def create_sales_chart(monthly_sales, product_sales):
"""売上グラフを作成"""
plt.figure(figsize=(12, 5))
# 月別売上グラフ
plt.subplot(1, 2, 1)
months = list(monthly_sales.keys())
amounts = list(monthly_sales.values())
plt.bar(months, amounts)
plt.title("月別売上")
plt.xticks(rotation=45)
plt.ylabel("売上額 (¥)")
# 商品別売上グラフ
plt.subplot(1, 2, 2)
top_products = dict(product_sales.most_common(5))
plt.pie(top_products.values(), labels=top_products.keys(), autopct="%1.1f%%")
plt.title("トップ5商品の売上比率")
plt.tight_layout()
plt.savefig("sales_analysis.png", dpi=300, bbox_inches="tight")
plt.show()
# 使用例
# results = analyze_sales_data("sales_data.csv")
4. 自動化スクリプト
import schedule
import time
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText
from email.mime.multipart import MIMEMultipart
import logging
# ログ設定
logging.basicConfig(
level=logging.INFO,
format="%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s",
handlers=[
logging.FileHandler("automation.log"),
logging.StreamHandler()
]
)
def send_daily_report():
"""日次レポートをメールで送信"""
try:
# レポートデータの生成
report_data = generate_daily_report()
# メール送信
send_email(
to="manager@company.com",
subject="日次レポート",
body=report_data
)
logging.info("日次レポートを送信しました")
except Exception as e:
logging.error(f"日次レポート送信エラー: {e}")
def generate_daily_report():
"""日次レポートのデータを生成"""
today = datetime.now().strftime("%Y年%m月%d日")
# 実際のデータ収集処理をここに実装
report = f"""
{today} 日次レポート
■ システム状況
- サーバー稼働率: 99.9%
- エラー件数: 0件
- 処理件数: 1,234件
■ 売上情報
- 本日の売上: ¥123,456
- 目標達成率: 98.7%
■ その他
- 特記事項なし
"""
return report
def send_email(to, subject, body):
"""メール送信"""
# SMTP設定（実際の設定に変更してください）
smtp_server = "smtp.gmail.com"
smtp_port = 587
username = "your_email@gmail.com"
password = "your_password"
msg = MIMEMultipart()
msg["From"] = username
msg["To"] = to
msg["Subject"] = subject
msg.attach(MIMEText(body, "plain", "utf-8"))
with smtplib.SMTP(smtp_server, smtp_port) as server:
server.starttls()
server.login(username, password)
server.send_message(msg)
def backup_database():
"""データベースバックアップ"""
try:
# バックアップ処理（実際の処理に変更してください）
backup_command = "mysqldump -u user -p database > backup.sql"
os.system(backup_command)
logging.info("データベースバックアップが完了しました")
except Exception as e:
logging.error(f"バックアップエラー: {e}")
# スケジュール設定
schedule.every().day.at("09:00").do(send_daily_report)
schedule.every().day.at("02:00").do(backup_database)
schedule.every().monday.at("10:00").do(lambda: print("週次処理"))
def run_scheduler():
"""スケジューラーを実行"""
logging.info("自動化スクリプトを開始しました")
while True:
schedule.run_pending()
time.sleep(60) # 1分ごとにチェック
# 使用例
# run_scheduler()
5. API クライアント
import requests
import json
from typing import Dict, List, Optional
class WeatherAPI:
"""天気予報APIクライアント"""
def __init__(self, api_key: str):
self.api_key = api_key
self.base_url = "https://api.openweathermap.org/data/2.5"
self.session = requests.Session()
def get_current_weather(self, city: str) -> Optional[Dict]:
"""現在の天気を取得"""
url = f"{self.base_url}/weather"
params = {
"q": city,
"appid": self.api_key,
"units": "metric",
"lang": "ja"
}
try:
response = self.session.get(url, params=params)
response.raise_for_status()
return response.json()
except requests.RequestException as e:
print(f"天気データ取得エラー: {e}")
return None
def get_forecast(self, city: str, days: int = 5) -> Optional[List[Dict]]:
"""天気予報を取得"""
url = f"{self.base_url}/forecast"
params = {
"q": city,
"appid": self.api_key,
"units": "metric",
"lang": "ja",
"cnt": days * 8 # 3時間ごとのデータ
}
try:
response = self.session.get(url, params=params)
response.raise_for_status()
data = response.json()
return data.get("list", [])
except requests.RequestException as e:
print(f"予報データ取得エラー: {e}")
return None
def format_weather_info(self, weather_data: Dict) -> str:
"""天気情報をフォーマット"""
if not weather_data:
return "天気情報を取得できませんでした"
city = weather_data["name"]
temp = weather_data["main"]["temp"]
description = weather_data["weather"][0]["description"]
humidity = weather_data["main"]["humidity"]
return f"""
🌍 {city}の天気
🌡️ 気温: {temp}°C
☁️ 天候: {description}
💧 湿度: {humidity}%
"""
def main():
"""メイン処理"""
# API キーを設定（実際のキーに変更してください）
api_key = "your_api_key_here"
weather = WeatherAPI(api_key)
# 現在の天気を取得
cities = ["東京", "大阪", "札幌"]
for city in cities:
current_weather = weather.get_current_weather(city)
if current_weather:
info = weather.format_weather_info(current_weather)
print(info)
print("-" * 30)
# 使用例
# main()
このPythonリファレンスは、基本的な構文から実用的なスクリプトまで、Pythonプログラミングに必要な知識を網羅しています。各セクションで学んだ内容を組み合わせることで、より複雑で実用的なアプリケーションを構築できます。
学習のポイント:
- まずは基本的な構文をしっかりと理解する
- 小さなプログラムから始めて、徐々に複雑な処理に挑戦する
- エラーメッセージをよく読み、デバッグスキルを身につける
- 標準ライブラリやサードパーティライブラリを積極的に活用する
- コードの可読性と保守性を常に意識する
継続的な学習と実践により、Pythonの力を最大限に活用できるようになります。